SN 10W-40摩托車油的應(yīng)用研究

孫瑞華,李文峰,王莉,劉穎,丁元慶

(1.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心,遼寧 大連 116032；2.五羊-本田(廣州)摩托有限公司，廣東 廣州 511356)

0 引言

隨著國(guó)家摩托車排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，我國(guó)摩托車需求結(jié)構(gòu)有了變化，用于休閑娛樂(lè)的大排量摩托車開始增加，國(guó)內(nèi)有實(shí)力的摩托車廠家陸續(xù)開始生產(chǎn)和引進(jìn)大排量摩托車來(lái)滿足日益變化的摩托車市場(chǎng)需求，這部分客戶要求用高檔潤(rùn)滑油。

國(guó)Ⅳ摩托車排放法規(guī)的公布，促進(jìn)了摩托車技術(shù)的跨越式發(fā)展，電噴摩托車完全取代了化油器摩托車；各摩托車廠家引進(jìn)的大排量摩托車中，其中有電噴技術(shù)甚至直噴技術(shù)的摩托車；利用這個(gè)契機(jī)，大肆炒作全合成或半合成SN等級(jí)的摩托車油。

但隨著SN級(jí)別摩托車油的上市，市場(chǎng)上一直有各種傳說(shuō)，SN級(jí)別的摩托車油是合成油、性能優(yōu)異、節(jié)能等。SN級(jí)別的摩托車油是否適用于摩托車的潤(rùn)滑，是否節(jié)能，或能否如消費(fèi)者期望的那樣有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。為明確以上問(wèn)題進(jìn)行SN 10W-40摩托車油使用性能的研究勢(shì)在必行。

大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心(以下簡(jiǎn)稱大連研發(fā))和OEM合作進(jìn)行SN 10W-40摩托車油的使用性能的研究工作，目的是通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證SN 10W-40摩托車油是否滿足較大排量或國(guó)Ⅳ摩托車的潤(rùn)滑要求；同時(shí)考察SN 10W-40摩托車油對(duì)燃油消耗、排放等性能的影響。

1 摩托車油標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)上，四沖程摩托車使用汽油機(jī)油，然而，由于最新的API/ILSAC/ACEA標(biāo)準(zhǔn)加入了燃油經(jīng)濟(jì)性要求，因此許多潤(rùn)滑油的配方都添加了摩擦改進(jìn)劑。在摩托車濕式離合器應(yīng)用里，這種潤(rùn)滑油可能導(dǎo)致離合器打滑和能量損耗。為了解決這個(gè)問(wèn)題，1998年JASO為摩托車潤(rùn)滑油制定了JASO T903規(guī)格，并于2004年，2006年、2011年和2016年分別修訂了該規(guī)格。

四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)遵循JASO T903規(guī)格，JASO T903規(guī)格包括三部分：質(zhì)量規(guī)格、理化性能和摩擦特性。JASO T903：2016具體指標(biāo)見(jiàn)表1～表3。

表1 四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量規(guī)格

表2 四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)理化性能

表2(續(xù))

表3 四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)摩擦特性

2 SN 10W-40摩托車試驗(yàn)油

兩種SN 10W-40摩托車試驗(yàn)油一種為大連研發(fā)研制油,滿足JASO T903：2016規(guī)格；另一種是原OEM推薦用于大排量摩托車的參比油，滿足JASO T903規(guī)格，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 SN 10W-40摩托車油理化性能分析

3 性能研究

根據(jù)OEM國(guó)Ⅳ摩托車的性能特點(diǎn)及對(duì)潤(rùn)滑油的性能要求確定了考察試驗(yàn)：復(fù)合耐久試驗(yàn)、實(shí)車試驗(yàn)、低溫冷啟動(dòng)試驗(yàn)、燃油消耗試驗(yàn)和國(guó)Ⅳ排放試驗(yàn)五個(gè)試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證SN 10W-40摩托車油在國(guó)Ⅳ摩托車上的耐久性能、冷啟動(dòng)性能、燃油消耗情況及對(duì)排放的影響，全面考察SN 10W-40摩托車油的使用性能。

3.1 復(fù)合耐久試驗(yàn)

耐久試驗(yàn)是參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5363摩托車和輕便摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法進(jìn)行，該試驗(yàn)在保證摩托車耐久性能和可靠性能的前提前下評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油的使用性能。復(fù)合耐久試驗(yàn)參考GB/T 5363試驗(yàn)條件，試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)至250 h，使得試驗(yàn)條件更加苛刻。

3.1.1 試驗(yàn)工況

復(fù)合耐久試驗(yàn)在K70摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，排量為184 cc，單缸，風(fēng)冷；試驗(yàn)時(shí)間為250 h，試驗(yàn)期間不換油只補(bǔ)油，采油時(shí)間分別為20 h、50 h、100 h、150 h、250 h，運(yùn)行工況見(jiàn)表5。

注: 掃描耐久:15000個(gè)循環(huán)，12秒/循環(huán); 加減速耐久: 10000個(gè)循環(huán)，3～4秒/循環(huán)。

3.1.2 試驗(yàn)過(guò)程及樣品分析

試驗(yàn)過(guò)程滿足GB/T 5363方法要求；對(duì)采集到的樣品進(jìn)行分析，分析項(xiàng)目有：運(yùn)動(dòng)黏度、燃油稀釋、水分、元素分析(包括Al、Fe、Cu、Si)、堿值、正戊烷不溶物、氧化物、硝化物、酸值、閃點(diǎn)。

3.1.2.1 100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度、氧化物、硝化物

這三個(gè)指標(biāo)考察油品的抗氧化性能。在試驗(yàn)過(guò)程中油品黏度的變化在試驗(yàn)初期由于受曲軸、齒輪等的剪切會(huì)使油品中的大分子斷開而使油品黏度下降;隨著試驗(yàn)進(jìn)行油品發(fā)生氧化而使油品黏度變大,油品黏度的變化受這兩方面的影響,一般情況下隨著試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng),油品的黏度會(huì)有變大的趨勢(shì),氧化物和硝化物也有變大的趨勢(shì)，但如果試驗(yàn)過(guò)程中補(bǔ)油和采油間隔的時(shí)間不同，規(guī)律會(huì)受影響。復(fù)合耐久試驗(yàn)中的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度、氧化物、硝化物的變化見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化

圖2 氧化物含量變化

圖3 硝化物含量變化

圖1表明，和參比油相比研制油的黏度較小，說(shuō)明油品氧化較小，導(dǎo)致試驗(yàn)過(guò)程中剪切性能始終占優(yōu)勢(shì)；圖2中參比油有兩個(gè)油樣氧化物較大，研制油的氧化物始終較?。粓D3中參比油的硝化物基本都大于研制油的硝化物含量，圖2和圖3驗(yàn)證了研制油的抗氧化性能較好，因此研制油的氧化性能優(yōu)于參比油。

3.1.2.2 堿值

考察油品堿保持性能，能有效保證油品的清凈性能。一般情況下堿值會(huì)隨著油品氧化程度加深而變小。 試驗(yàn)中油品堿值的變化見(jiàn)圖4。

圖4 堿值的變化

圖4表明參比油的堿值略有下降，研制油的堿值略有增加，總體研制油和參比油的堿值變化均平緩，兩種油品的堿保持性相當(dāng)。

3.1.2.3 元素含量

金屬含量的多少反映了發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部位的磨損程度，考察油品的抗磨損性能。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、曲軸等的材質(zhì)確定分析油品中鐵、鋁、銅、硅等元素，油品中金屬含量的多少反映部件的磨損程度；硅含量反映了外部環(huán)境的影響。試驗(yàn)過(guò)程中油品元素含量見(jiàn)圖5～圖8。

圖5 鋁含量的變化

圖6 鐵含量的變化

圖7 銅含量的變化

圖8 硅含量的變化

圖5、圖6、圖7鋁、鐵、銅三種元素分析可以看出，總的趨勢(shì)是研制油的金屬含量高于參比油。圖8中研制油中的硅含量遠(yuǎn)高于參比油，說(shuō)明研制油由于受外界不良影響造成磨損較嚴(yán)重。

3.1.2.4 閃點(diǎn)

閃點(diǎn)是表示油品蒸發(fā)性的一項(xiàng)指標(biāo)，又是表示石油產(chǎn)品著火危險(xiǎn)性的指標(biāo)。在黏度相同的情況下，閃點(diǎn)越高越好。在試驗(yàn)過(guò)程中由于油品氧化等因素的影響閃點(diǎn)會(huì)下降；試驗(yàn)過(guò)程中油品閃點(diǎn)的變化見(jiàn)圖9。結(jié)果表明試驗(yàn)過(guò)程中研制油和參比油的閃點(diǎn)均大于225 ℃。

圖9 閃點(diǎn)的變化

圖9結(jié)果表明試驗(yàn)過(guò)程中研制油、參比油的閃點(diǎn)均能保證油品使用安全。

3.1.2.5 燃油稀釋

燃油稀釋是發(fā)動(dòng)機(jī)的部分燃料由于霧化不良造成不完全燃燒，會(huì)流到潤(rùn)滑油中稀釋潤(rùn)滑油，生成油泥和破壞添加劑，增加設(shè)備磨損。試驗(yàn)過(guò)程中燃油稀釋的變化見(jiàn)圖10。

圖10 燃油稀釋的變化

圖10表明研制油和參比油的燃油稀釋均很小，均小于1.0%，燃油稀釋較少說(shuō)明潤(rùn)滑油有效保證了試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)備運(yùn)行狀況。

3.1.2.6 酸值

油品在試驗(yàn)過(guò)程中由于受到空氣中的氧氣、溫度和其他條件的影響逐漸氧化而生成一系列氧化物，其中危害性最大的是酸性物質(zhì)，油品的酸值愈高表明油品的老化程度愈深。油品中酸性物質(zhì)也會(huì)對(duì)設(shè)備構(gòu)件所用的Cu、Fe、Al等金屬材料有腐蝕作用，而生成的金屬鹽類是氧化反應(yīng)的催化劑，會(huì)加速油品的老化進(jìn)程。因此在使用過(guò)程中嚴(yán)格控制油品酸值。見(jiàn)圖11。

圖11 酸值的變化

圖11表明研制油和參比油的酸值含量基本相當(dāng)，油品抗氧化性能相當(dāng)。

3.1.2.7 正戊烷不溶物

正戊烷不溶物指油品使用過(guò)程中分解產(chǎn)生的某些油不溶膠質(zhì)。不溶物的顯著變化，是導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的原因之一，也是油品劣化程度的一個(gè)指標(biāo)。正戊烷不溶物的變化見(jiàn)圖12。

圖12 正戊烷不溶物的變化

圖12表明研制油和參比油的不溶物含量基本相當(dāng)，均較小，油品性能保持較好。

綜合復(fù)合耐久試驗(yàn)的油品分析結(jié)果可以看出研制油和參比油的性能良好且基本相當(dāng)。

3.2 實(shí)車試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)工況

實(shí)車試驗(yàn)參照國(guó)標(biāo)GB/T 4570相關(guān)程序進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)車試驗(yàn)的目的一是考察摩托車油的實(shí)際使用性能；二是考察使用SN級(jí)別的摩托車油實(shí)車試驗(yàn)后油品狀況確定摩托車油的換油周期。試驗(yàn)在兩臺(tái)排量為150 cc國(guó)Ⅳ摩托車上進(jìn)行，運(yùn)行里程為15000 km，試驗(yàn)過(guò)程中只補(bǔ)油不換油。

試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行油樣的理化分析和元素分析，考察油品的實(shí)際使用性能及油品對(duì)排放及燃油消耗的影響。

3.2.2 試驗(yàn)樣品分析

試驗(yàn)油樣的理化分析和元素分析結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 15000 km試驗(yàn)后油樣分析結(jié)果

表6(續(xù))

表6中表明研制油和參比油中理化性能都在汽油機(jī)油換油指標(biāo)范圍內(nèi),但代表關(guān)鍵部位磨損的金屬含量鐵和鋁均超出了汽油機(jī)油換油指標(biāo)。

鑒于試驗(yàn)結(jié)束后三個(gè)油品中主要磨損元素鐵和鋁含量較高，對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行了拆機(jī),但拆機(jī)后關(guān)鍵零件磨損水平OEM技術(shù)部判斷可以接受，由于試驗(yàn)車輛較少，具體換油周期的確定有待進(jìn)一步驗(yàn)證和考察。

3.2.3 排放及燃油消耗

實(shí)車試驗(yàn)行駛1000 km和15000 km后排放及燃油消耗的變化見(jiàn)表7。

表7 實(shí)車試驗(yàn)前后排放及燃油消耗的變化

表7表明燃油消耗測(cè)定兩種試驗(yàn)油15000 km后均略有降低，研制油和參比油的燃油消耗及保持性均較好；排放物中的CO2量均降低；研制油和參比油的HC、NOX、CO2的實(shí)測(cè)值相當(dāng)，參比油的CO實(shí)測(cè)值比研制油要大。OEM技術(shù)部判定研制油和參比油對(duì)排放的影響相當(dāng)。

3.3 低溫冷啟動(dòng)試驗(yàn)

低溫冷啟動(dòng)試驗(yàn)考察油品在低溫下的啟動(dòng)性能，順暢啟動(dòng)即通過(guò)；同時(shí)考察在低溫怠速狀況下潤(rùn)滑油的溫升速度，溫升越快對(duì)摩托車的磨損保護(hù)和排放越有利。試驗(yàn)過(guò)程中油品溫度隨轉(zhuǎn)速的變化見(jiàn)圖13。

圖13 油品溫度變化

圖13表明研制油在低溫怠速相同轉(zhuǎn)速下溫度升高快于參比油，達(dá)到了OEM對(duì)油品在低溫怠速條件下的溫升要求。

試驗(yàn)結(jié)果表明研制油和參比油均順利啟動(dòng)，低溫冷啟動(dòng)性能相當(dāng)。

3.4 排放試驗(yàn)

隨著國(guó)家排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，潤(rùn)滑油對(duì)排放的影響也非常受到重視，因此分別在同一輛摩托車上參照GB 14622進(jìn)行摩托車排放試驗(yàn)測(cè)試，分別裝兩種SN摩托車油，考察兩油品對(duì)排放的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 不同油品的排放和燃油消耗試驗(yàn)結(jié)果

表8結(jié)果表明研制油的排放和燃油消耗優(yōu)于參比油。

3.5 燃油消耗試驗(yàn)

在同一輛摩托車上參照GB 5377進(jìn)行摩托車燃油消耗試驗(yàn)的測(cè)試，分別裝兩種SN摩托車油，考察兩油品對(duì)燃油消耗的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 不同油品的燃油消耗試驗(yàn)結(jié)果

L/100km

表9結(jié)果表明研制油的燃油消耗優(yōu)于參比油。

認(rèn)證試驗(yàn)表明通過(guò)復(fù)合耐久試驗(yàn)、實(shí)車試驗(yàn)、低溫冷啟動(dòng)試驗(yàn)、排放試驗(yàn)和燃油消耗試驗(yàn)驗(yàn)證研制油綜合性能和參比油相當(dāng)。

4 結(jié)論

(1)SN 級(jí)別摩托車油滿足國(guó)Ⅳ及較大排量摩托車的潤(rùn)滑性能要求；

(2)SN摩托車油能否延長(zhǎng)摩托車油的換油周期有待進(jìn)一步驗(yàn)證;

(3)通過(guò)了OEM 250 h復(fù)合耐久試驗(yàn)、15000 km實(shí)車試驗(yàn)、低溫冷啟動(dòng)試驗(yàn)、燃油消耗試驗(yàn)、排放試驗(yàn)五個(gè)試驗(yàn)，驗(yàn)證了SN 級(jí)別研制油和參比油性能相當(dāng)。